CH257665A - Composition dure, propre à être utilisée pour la fabrication d'outils tranchants, et procédé de préparation de cette composition. - Google Patents

Description

  <B>Composition dure, propre à être utilisée pour la fabrication d'outils tranchants.</B>  <B>et procédé de préparation de</B>     cette   <B>composition.</B>    La présente invention se rapporte à une  composition dure, telle que celles qu'on uti  lise notamment pour fabriquer des outils tran  chants et à un procédé de préparation de cette  composition. Elle vise à permettre d'utiliser  le plus possible dans ce but des matériaux  moins coûteux ou moins difficiles à obtenir  (pie ceux qui ont été employés jusqu'ici.

   On  connaît bien les     compositions    pour outils tran  chants faites principalement de carbure de  tungstène avec un faible pourcentage .de co  balt, avec ou sans additions d'autres corps  dur,, tels que le     carbure    de titane; on s'en  sert beaucoup, mais leur fabrication est     coû-          leuse    et dépend de la possibilité d'avoir du  tungstène.

   On a fait diverses propositions pour  la     fabrication    de telles compositions à partir  d'alumine, avec ou sans autres additions qu'un  métal généralement relativement tendre et  ductile, auquel peuvent aussi être ajoutés des  oxydes,     tels    que l'oxyde de calcium, le kaolin,  l'acide silicique, etc., ces oxydes étant ajouté:

    dans le but d'abaisser la température de frit  tage, mais on a. trouvé en général que les     pro-          diiits    de telles compositions ne sont pas     suffi-          samment        résistants    au choc pour     beaucoup          d'emploi.    Pour être utilisable dans la. fabri  cation d'outils tranchants, un produit ne de  vrait pas seulement avoir une dureté propre;  mais aussi être tenace et résister au choc.  



  La composition selon l'invention est carac  térisée en ce qu'elle est constituée au moins    en partie par de l'alumine et un liant conte  nant de la silice, en quantité telle que la te  neur en silice de l'ensemble soit comprise  entre 1,5 et 10%.  



  Le procédé de préparation de cette compo  sition dure est caractérisé en ce que l'on mé  lange et broie finement de l'alumine déshydra  tée avec un corps contenant de la silice et en  ce que le produit obtenu est moulé sous une  pression élevée, puis ensuite     fritté    en le sou  mettant pendant plusieurs heures à une tem  pérature comprise entre 1450 et 1700  C, la  quantité dudit corps étant telle que la com  position finale contienne de 1,5 à<B>10%</B> de  silice.  



  On a trouvé que les     compositions    con  formes à l'invention permettent d'obtenir des  outils tranchants, avec lesquels on peut tour  ner sur -des tours, des métaux et des produits  semblables, à des vitesses plus grandes que  celles qu'on emploie ordinairement avec des  outils en acier rapide ou avec des outils faits  avec .des alliages fondus composés principale  ment de tungstène, de cobalt et de chrome.

    Ces     compositions    peuvent     être    préparées à  l'aide d'alumine finement divisée, additionnée  d'un liant tel que la. bentonite, le kaolin ou un  mélange de telles argiles, toute la composition  étant finement moulue et bien mélangée,     puis     finalement agglomérée de la manière bien con  nue dans la. préparation d'autres corps     agglc,-          mérés.    D'autres     silicoaluminates,    tels que la           sillimanite,    ou aussi la silice elle-même, peu  vent être utilisés comme liants, seuls ou avec  une addition d'argiles.

   Les argiles, les     silico-          aluminates    ou la silice sont ajoutés en quan  tités telles que la teneur en silice de la com  position finale soit de 1,5 à<B>10%.</B> Par exem  ple, si on désire     utiliser    de la     bentonite    con  tenant 62,5 % de silice, la     bentonite    sera ajou  tée dans la proportion de 2,4 à 16 %, de façon  que la teneur globale en     silice    soit pratique  ment comprise entre 11/2 et<B>10%.</B>  



  Il est préférable d'ajouter, en plus des  constituants contenant de la silice, un fondant  tel que le spath fluor dans une proportion  allant jusqu'à environ     .5    % de l'ensemble de  la composition, le fondant étant ajouté dans  le but de faciliter la fusion de la composition.  D'autres fondants peuvent être utilisés à la  place du spath fluor, qui n'a été mentionné  qu'à titre d'exemple.  



  Il est préférable d'employer comme liant  de la bentonite ou du kaolin dans la propor  tion de 3 à 5 % de l'ensemble de la compo  sition et d'y ajouter comme fondant du spath  fluor dans la proportion de 2 à 3 %.  



  L'alumine utilisée sera de préférence pra  tiquement exempte d'eau, c'est-à-dire à l'état  déshydraté, parce que l'emploi d'alumine  hydratée semble donner     -les    résultats     moins     satisfaisants, aussi bien en ce qui concerne la  dureté, que la résistance.  



  Les liants contenant de la silice employés  seront de préférence sous une forme finement  divisée ou du moins sous une forme telle  qu'ils se laissent finement     diviser    par mou  ture, et il est avantageux d'employer des  argiles, telles que la bentonite et le kaolin,  parce qu'on peut facilement les obtenir sous  une     forme    très fine et en faire un mélange  intime avec l'alumine. Comme dans la prépa  ration de corps solides à partir -de carbure de  tungstène et autres produits semblables fon  dus, la mouture et le mélange peuvent être       faits    à l'état humide ou à sec et, dans le pre  mier cas, si le mélange doit être comprimé  dans les moules; il sera de préférence prati  quement desséché avant d'être comprimé.

      L'alumine est une substance très abrasive  et, pendant la mouture -des constituants, à  l'aide d'un moulin à boulets par exemple, spé  cialement si l'opération est. faite à l'état hu  mide, il est     pratiquement    impossible d'empê  cher une contamination du mélange par la  matière dont se composent les boules du mou  lin.

   On a trouvé qu'on obtient le mélange le  plus     parfait    par une mouture des     constituants     à l'état liquide et, afin d'éviter une contami  nation nuisible par les boules, il est préférable  de se servir soit de boules     constituées    des  mêmes matières que le mélange à moudre, soit  de boules composées essentiellement de carbure  de tungstène aggloméré, généralement un mé  lange de carbure de tungstène et -de cobalt.

   On  se rend compte que dans le premier cas, quelle  que soit la matière provenant de l'usure des  boules par l'alumine du mélange qu'on est en  train de moudre,     cette    matière a     pratiquement     la même composition que le mélange et n'in  troduit pas     d'impuretés    nuisibles. Quand, pour  moudre, on se sert -de boules composées de car  bure de tungstène aggloméré, une certaine  quantité de la     matière    dont se composent les  boules est enlevée de celles-ci par usure et  introduite     dans    le mélange.

   On a trouvé que  cette introduction de carbure de     tungstène    et  de cobalt n'agit pas     d'une    manière nuisible sur  les propriétés des compositions; quelquefois  même, elle augmente légèrement la dureté. On  a. trouvé de plus que, quand la mouture des  constituants à l'état humide est poursuivie  pendant un temps tel qu'on obtienne des  grains de dimensions très faibles et un mé  lange     très    intime, -de façon que les propriétés  de la composition     frittée    soient les meilleures.  la quantité de l'alliage de carbure de tungs  tène provenant de l'usure des boules est en  général -de 4 à 12ô et que     cette    contamina  tion n'a pas d'effets nuisibles.  



  En broyant     des    quantités appropriées des       constituants    tels que l'alumine, des argiles,  par exemple de la     bentonite    ou du kaolin, et  le spath fluor dans un moulin à boules, on  peut obtenir finalement une composition     frit-          tée    contenant 3 à 5 %     d'argile,    le spath fluor  .en proportion n'excédant pas 5 % et du .car-      bure de tungstène provenant des boules dans  une     proportion    n'excédant pas 12% du mé  lange.

   On peut aussi ajouter, avant la mou  ture, des ingrédients secondaires en quantité  telle que le pourcentage total du fondant     pré-          s@        rit    et de ces ingrédients secondaires reste  inférieur à 12     iô   <I>.</I> Au lieu de se servir d'un  moulin à boules, on peut aussi employer  d'autres procédés de mélange et de mouture,  pourvu qu'ils soient capables de donner un  mélange assez intime et un degré de mouture       des    constituants ,suffisamment fin.  



  Comme de tels constituants durs finement  divisés sont quelquefois difficiles à compri  mer, sans que des crevasses ne se produisent  dans le bloc comprimé, il est désirable de les  granuler, par exemple de la manière suivante:  la poudre sèche peut être comprimée dans des       moules    puis brisée en granules d'une grosseur  telle     qu'ils    passent au travers d'un tamis assez       rossier,    ayant par exemple de 10 à 100 mail   les an cm. Des granules préparés de cette  manière conviennent mieux pour la compres  sion et peuvent être comprimés dans des  moules à peu près à la même pression que  celle     utilisée    pour la première agglomération  ou à. une     pression    plus élevée.  



  Quand les blocs obtenus en comprimant  soit de la poudre fine, soit. des granules pré  parés avec la. poudre fine doivent être formés,  en vue de fabriquer des outils et des objets  semblables, par coupe, meulage, etc., il est  quelquefois avantageux de leur donner un  faut degré de ténacité, afin de permettre  l'exécution plus aisée de ces opérations     d@     fabrication, en les chauffant à une tempéra  ture     suffisamment    élevée, comme dans le pro  cédé bien connu pour le frittage préalable       d'alliages    de carbure de tungstène.

   La. tempé  rature exacte nécessaire dépendra. du degré de  finesse de la poudre et de la pression appli  quée pendant     qu'on    comprime la. poudre dans  les moules, mais elle restera. en dessous de  <B><I>],)()0'</I></B> C et sera d'habitude de l'ordre de     gran-          deur    (le     6(_I0"    C.  



  Les blocs comprimés et formés, avec ou       saris    traitement intermédiaire de frittage       préalable,    sont soumis pendant plusieurs    heures à des températures de 1450 à 1700  C.  Lorsque des boules faites avec du carbure de  tungstène fritté sont employées pour mélanger  les poudres, il est recommandable de prendre  des précautions pendant les opérations de sé  chage, de frittage préalable et de frittage  final, afin d'empêcher une     oxydation    de ces  substances facilement oxydables; on peut, par  exemple,     effectuer    les opérations de chauffage  dans une atmosphère non oxydante ou dans  le vide.  



  Quand on emploie ces     compositions    pour la  fabrication d'outils tranchants et autres objets  semblables, il est préférable de les utiliser  sous la forme de bouts qui sont fixés à des  manches ou à. des corps, faits par exemple  avec de l'acier, comme dans le procédé bien  connu pour l'utilisation de pointes     d'outils     faites avec des alliages de carbure de tungs  tène     fritté.    Des bouts faits avec des compo  sitions conformes à. la. présente invention peu  vent être fixés auxdits manches ou corps au  moyen de brides appropriées, comme on en  emploie parfois avec des pointes composées de  carbure de tungstène fondu;

   les bouts peuvent  aussi être     fixés    à. l'aide d'une substance adhé  sive ou d'un ciment convenable et nous avons  trouvé qu'un ciment thermoplastique donne  satisfaction dans ce cas.  



  Comme exemple d'exécution du procédé  selon la présente invention, on peut     donner    le  suivant:       93%'    d'alumine     calcinée,        4,27o    de     bento-          nite    contenant<B>57,7%</B> de silice et<B>2,8%</B> de  spath fluor sont broyés ensemble et mélangés  parfaitement en les travaillant pendant 3 jours  dans un moulin à boules avec de l'eau distillée  et en se servant de boules composées de car  bure de tungstène     fritté.    Après dessiccation  dans un four à vide, on trouva que la poudre  contenait. 7,5 % de carbure de tungstène et  0,5 % de cobalt.

   La poudre fut criblée sur un  tamis de 100 mailles et comprimée en blocs  sous une pression d'environ 1,57 tonne par  cm\. Les blocs ainsi formés furent brisés en  granules, qui passaient au travers d'un crible  de 100 mailles, et les granules furent compri  més sous     ime    pression d'environ 1,57 tonne      par cm' en     blocs    d'une dimension et d'une  forme appropriées à la     fabrication    des outils  désirés. Lors de la .fabrication     desdits    blocs,  une marge fut laissée pour la contraction qui  se produit pendant le frittage, comme     cela    se  fait -dans les procédés analogues de fabrica  tion de blocs en carbure de tungstène fritté.

    Les blocs formés furent frittés par un chauf  fage lent jusqu'à une température de 1550  C  dans une atmosphère d'hydrogène. La période  de chauffage dura 13 heures et fut suivie       d'une-période    de refroidissement lent de plus  courte durée. Des     pièces    faites de     cette    ma  nière eurent une dureté de 90 suivant l'échelle       Rockwell-A.    Les parties     actives    d'outils faites  avec     cette    composition d'alumine furent mon  tées sur des manches ou     supports        de    la ma  nière     indiquée    plus haut.

   Quand on s'en ser  vit comme     outil    de tour, une de ces pièces  usina un lingot d'acier de 10,2 tonnes     par-cmy     de résistance à la traction, avec une vitesse  superficielle de 182,9 m par minute, avec une  profondeur .de coupe     d'environ    0,381 mm et  un avancement de 0,127     mm    par tour. Après  qu'on eût usiné une longueur d'environ 1,22 m  de ce lingot, qui avait     approximativement     203 mm de diamètre, la différence de dia  mètre entra les extrémités de la longueur usi  née était inférieure à 0,0254 mm et le fini  était supérieur à celui qu'on obtient dans des  conditions d'usinage analogues avec des outils  de carbure .de tungstène.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Composition dure, propre à être utilisée pour la fabrication d'outils tranchants, carac térisée en ce qu'elle est constituée au moins en partie par de l'alumine et un liant conte nant de la silice, en quantité telle que la te neur en silice de l'ensemble soit comprise entre 1,5 et<B>10%.</B> II.

   Procédé de préparation de la composi tion dure selon la revendication I, caractérisé en ce que l'on mélange et broie finement de l'alumine déshydratée avec un corps contenant de la silice et en ce que le produit obtenu est moulé sous une pression élevée, puis ensuite fritté en le soumettant pendant plusieurs heures à une température comprise entre 1450 et 1700 C, la quantité dudit corps étant telle que la composition finale contienne de 1,5 à 10 % de silice. SOUS-REVENDICATIONS: 1. Composition selon la revendication I, caractérisée en ce que le liant est au moins une argile.

   2. Composition selon la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisée en ce que ladite argile est de la bentonite. 3. Composition selon la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisée en ce que ladite argile est du kaolin. 4. Composition selon la revendication I. caractérisée en ce que le liant est -de la silice.

   5. -Composition selon la revendication I, caractérisée en ce qu'elle contient en outre un fondant en proportion n'excédant pas 5 de l'ensemble. 6. Composition selon la revendication I et la sous-revéndication 5, caractérisée en ce que ledit fondant est du spath fluor. 7. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle contient en outre un carbure de tungstène en proportion n'excé dant pas 12% de l'ensemble. 8.

   Composition selon la revendication I et les sous-revendications 1 et 5 à 7, caracté- risée en ce que ladite argile se trouve en pro portion de 3 à 5 % . 9. Composition selon la revendication I et les sous-revendications 5 et 7, caractérisée en ce qu'elle contient des ingrédients autres que l'alumine, le liant, 1#-_ fondant et le car bure de tungstène, le pourcentage total du fondant et desdits ingrédients n'atteignant pas 12 %. 10.

   Procédé selon la revendication II, ca- ractérisé en ce qu'on mélange et broie l'alu mine et ledit corps contenant de la silice en présence d'un fondant. 11. Procédé selon la revendication II, ca- ract6risé en ce qu'on effectue le broyage dans un moulin à boules. 12.

   Procédé selon la revendication II et la sous-revendication 11, caractérisé en ce qu'on utilise dans ledit moulin des boules consti tuées d'un produit dur contenant de l'alu, mine. 13. Procédé selon la revendication II et la sous-revendication 11, caractérisé en ce qu'on utilise dans ledit moulin des boules en un produit dur contenant du carbure de tungstène qui, par usure pendant le broyage, introduit du carbure de tungstène dans la composition. 14.

   Procédé selon la revendication II, ca ractérisé en ce qu'on effectue le broyage et le mélange à l'état humide, le produit ainsi moulu étant desséché avant l'opération de moulage. 15. Procédé selon la revendication II, ca ractérisé en ce qu'on effectue une granula- tion préliminaire du produit finement broyé avant l'opération de moulage. 16.

   Procédé selon la revendication II et la sous-revendication 15, caractérisé en ce que ladite granulation est réalisée en com primant préalablement le produit finement broyé, puis en brisant le produit de com pression. 17. Procédé selon la revendication II, ca ractérisé en ce qu'après l'opération de mou lage et avant le frittage final, on intercale un frittage préalable consistant à chauffer le produit moulé à une température infé rieure à 1000 C, ce qui en augmente la ré- sistance.